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马斯克的秘诀:用卫生间门闩击败波音,超越NASA

刘秀云 译

2018-02-14 14:45  来源:澎湃新闻

太空探索技术火箭工厂(SpaceX) 位于洛杉矶国际机场附近一座巨型的白色机库式建筑,停车场里停满了新型的特斯拉电动车。 这座建筑曾为波音747的生产地。 穿过大门,经过安检区和一个小屋农场时,一个科幻小说般的世界便矗立在你的面前。公司的双层餐厅正对着生产车间,设计师们一边吃午餐,一边监督技术人员建设太空舱和火箭的进度。
2014年,NASA和SpaceX签署了一份有史以来最大的单笔订单,价值26亿美元,该项目的目标是将美国宇航员送往国际空间站(ISS)。目前,有两家公司在为美国已终止的航天飞机计划奋斗,一家是SpaceX,另一家是波音。
美国曾经是卫星发射的领导者,现在却远落后于欧洲和俄罗斯。 由洛克希德·马丁和波音组成的合资企业,联合发射联盟(United Launch Alliance ,ULA)直到2017年都还在使用从俄罗斯国有公司购买的发动机。美国对商业太空公司的下注成为唯一有可能胜出的机会。
八年前,当NASA官员首次涉足SpaceX时,他们认为自己只是在雇用一名临时工打杂做一种所谓的“太空计程车”。现如今,这个商业项目却成为了NASA的最大希望。
一个多星球的浮夸项目
2002年,当伊隆·马斯克创办SpaceX的时候,准备把一个装满植物的温室发射到火星上,但他却找不到一个能完成该任务的性价比高的火箭。
他找到了汤姆·穆勒(Tom Mueller)这样的人。汤姆是TRW集团航空部的一名工程师,出于兴趣,他在自家车库里建造了一个火箭发动机,而正是这个业余爱好者制造的最大的液体燃料发动机,日后成为了SpaceX火箭发动机梅林(Merlin)的最早版本。之后,马斯克决定创办一家公司,来提供他无法找到的服务,那就是让去火星变得廉价和现实。 很多成功的科技创业家都喜欢创办太空公司,比如亚马逊的Jeff Bezos,微软的Paul Allen,谷歌的Larry Page和Eric Schmidt以及维珍的Richard Branson,他们都积极参与空间技术的公司,不过大多数的项目,被认为是虚荣浮夸或者不靠谱的项目。
曾经帮助马斯克建立了paypal,SpaceX董事会成员的Luke Nosek 说,当时马斯克的很多朋友都建议他不要做SpaceX。
在马斯克白手起家,开始做太空业务时,NASA也遇到了很多的困难。从1981年到2011年的宇宙飞船计划即将到期,该计划本来准备将宇航员和货物送入太空轨道,结果收到了美国太空机构的冷淡回应。 2005年,布什政府推出了第一个后继计划,星座计划,准备实现登陆国际空间站和月球。 该计划成本最初估计为970亿美元, 2009年这个计划被最终取消了。
2005年,航天工程师迈克·格里芬(Mike Griffin)成为了美国宇航局的最高领导,他有着不寻常的背景:他是美国中央情报局国家安全技术内部风险投资基金In-Q-Tel的前任总裁。格里芬决定拨款5亿美元支持商业太空计划,期望能找到一种廉价的方式来为轨道任务服务,这有别于传统美国宇航局NASA的承包方式。这一行动,让他的高级职员们怀疑,在他心里,那个人类历史上最昂贵、所有设备加起来超过1500亿美元的空间站,是一个巨大的老鼠洞, 科研经济价值极其有限却还要不断的往里砸钱。
为格里芬提供这个建议的是物理学家和风险投资家艾伦·马蒂。他首先写了一份两页纸的有关克莱顿·克里斯滕森(Clayton Christensen)的经典巨著《创新者的困境》(The Innovator's Dilemma)的报告。并将该报告分享给NASA的高级管理人员。在马蒂的坚持下,美国宇航局的律师们发现了该机构与生俱来的弊端。, 2006年,格里芬和他的同事想出了一个策略:同时投资两家公司,SpaceX和Rocketplane Kistler,来开发太空运输技术。但是在技​​术和财务进入一个里程碑之前,他们不会拥有公司的股权或知识产权,但同时也不保证及时付款。
马蒂说:“我对联邦政府非常了解,如果你投了资金,却没有收到任何回报,每个人都会生气;而如果你投了钱,竟得到了五倍的利润,大家还是会生气,因为那样你就是在和私营部门竞争。”
卫星发射业务领域有一个很有意思的怪癖:客户预先支付建造他们火箭的费用。这意味着,公司一旦能够在一个测试中成功证明其概念,那就不需要筹集下一轮周转资金,从而保护早期投资者的股权不被稀释。
SpaceX实际上做了什么?
火箭到达太空轨道,必须以每秒7.7公里或每小时18,000英里的速度飞行,这几乎是空气中声速的25倍。SpaceX的燃料是价值20万美元的煤油和液氧 ,外部是非常薄的金属表层,主要是铝材料。马斯克曾经对一个投资者讲,如果把他64米(224英尺)高的火箭压缩到可口可乐罐的大小,这个微型炸药的壁将比我们如今任何饮料的瓶壁薄许多倍。
九个梅林引擎
最重要的是成本
SpaceX目前每次发射费用为6,120万美元,它发送每公斤货物去近地轨道的成本为4,653美元,远远低于竞争对手,联合发射联盟的成本14,000到39,000美元。其他供应商,每次发射通常要收费2.5亿到4亿美元;俄罗斯向NASA收费更是极高,每一个搭乘Soyuz飞船的NASA宇航员,要向俄罗斯支付7000万美元。 SpaceX如今的成本离马斯克和他投资者们最初的预期还相差很远,他们仍在不断降低这个成本。
低成本的秘诀其实是相对简单的,至少在原则上是:尽可能在内部一个集成的制造设施中,采用现代化的组件完成大部分组件的生产; 这可以避免那些冗繁的供应链,比如传统设计商、承包商和“成本加成”计费等等。许多早期的员工被公司吸引,就是想避免传统航空集团的官僚作风。一名公司的早期员工,创始人基金(Founders Fund)合伙人斯科特•诺兰(Scott Nolan)说:“我把那些大型企业中试图整合其他人技术的人称为官僚集成者。SpaceX是这个领域的第一个真正的技术创业公司,整个平台都是自己搭建的,他们质疑一切。”
航空航天主要的承包商之所以是行动缓慢的巨人是因为他们的主要客户就是政府。政府雇佣公司做工作,支付他们费用和承诺的高利润率,这种激励结构摧毁了企业的创新能力。
政府机构习惯了不计较成本,而创业公司则会尽可能的节省每一笔开支。SpaceX用卫生间隔断闩锁的部件来制做舱门把手,以节省1470美元;他们还发现使用赛车安全带来绑定宇航员要比专门定制的高价绷带更舒适更便宜;马斯克让真人进入到太空舱模型中测试,以确保宇航员可以在舱内移动,而没有采用计算机模拟。SpaceX的高管们蔑视NASA对缩略语和大量文档记录的喜好,SpaceX的员工以周五晚上坚持工作而感到骄傲。
NASA官员Mike Horkachuck说“SpaceX的工程师会讨论成本问题,一个价值5万美元的部件,他们会觉得太贵,会用2000美元,在自己的工厂里生产这个产品;而在NASA我几乎从来没有听到过哪个工程师会关心零件的成本。” Horkachuck还说:“我想我们把他们从一个一百人的小公司带动了起来,才成就了今天的SpaceX 。早些时候,NASA就是他们的启明灯,让他们从一个兴趣小店,向真正专业的生产火箭的航空公司发展。”SpaceX一直把自己看做是一家科技公司,不断迭代优化设计,不断通过测试来改进原型。而传统的生产方式则要一个强大的计划来执行,免不了要庞大的开支。SpaceX的工程师David Giger说:“我们不会坐在那里分析某个产品分析好几年,SpaceX是建立在测试基础上的。我们边飞行边测试。最初的试飞历经了挫折和磨难。”
NASA确实帮助SpaceX把所有的精力集中在了重点上,这是其他太空创业公司所没有的优势。他们为SpaceX带来了早期收入,美国航空航天局奖获得者吉格说:“NASA让我们有了一个进度表,也有了资金,这些对于当时的一家小公司,很显然是非常关键的,可以让我们专注起来。”
SpaceX一共有多少次失败的机会?
夸贾林(Kwajalein)是马绍尔群岛的一个环礁,是美国海军火箭试验设施的基地。马斯克谈到这个地方时说:“我认为这里是世界受腐蚀程度最厉害的地方。”吉格说:“这就是一个小小的岛屿,上面有一顶帐篷。火箭得通过巨型C-17‘环球霸王’飞机才能飞行。”
夸贾林地区距离范登堡空军基地约7,700公里(4785英里)。SpaceX本来预计2005年在那里完成猎鹰1号的首次发射。但是,最终空军还是拒绝了SpaceX。一来由于洛克希德·马丁公司的火箭正在附近准备发射,二来军方官员担心这家新贵公司的首次发射可能会破坏他们的秘密计划。其实他们还是很有先见之明的。2006年,“猎鹰1”首次发射,以火箭在夸贾林发射台上的爆炸而告终。受腐蚀的燃料线是发射失败的罪魁祸首。 2007年,第二枚火箭在到达轨道之前也失败了。SpaceX一位来自德国的工程师Koenigsmann在谈到第二次发射时说:“这架引擎实际上飞得很远,虽然最终没有进入轨道,但至少它飞出了人们的视线。”
尽管这两次发射都失败的,Nosek和马斯克在Paypal的另一位联合创始人Peter Thiel,通过风险投资公司Founders Fund还是向SpaceX投资了2000万美元。美国宇航局NASA对SpaceX的投资,使这两人相信马斯克的确知道如何制造火箭。
即便如此,未制造出成功火箭的事实让这个刚刚起步的公司举步维艰。SpaceX总裁兼首席运营官,有着丰富经验的航天工程师Gwynne Shotwell,花费了大量的时间用未经证实的产品去四处推销。她说:“我并没有像原本期望的那样去做很多的工程项目,而是花了大量的时间去不断说服客户投资SpaceX。”
根据Founders Fund(创始人基金)的合作伙伴的计算,在前两次发射失败之后,SpaceX还有三次失败的机会,如果接下来三次发射都失败了,公司所有的剩余资本和客户的信心会被消耗殆尽,SpaceX也会以失败而告终。这是该基金当时最大的一笔投资。
不久迎来了第三次发射,这颗装载着三颗卫星以及“星际迷航”中斯科蒂扮演者詹姆斯·杜汉(James Doohan)骨灰的火箭,本次发射还是失败了。原因是第一级引擎中剩余的少量燃料在分离后被点燃,导致它与二级引擎相撞,造成了悲剧的发生。
只剩下两次机会了,公司的工程师确信自己找到了问题所在,Koenigsmann说:“在第三次和第四次发射之间,我们只改变了一个数字,那就是一级和二级载体分离的时间间隔。”
2008年8月,火箭将一个虚拟载荷送入轨道。一个月后,另一架猎鹰1号代表马来西亚政府发射了该公司的第一颗合同卫星。这些成功证明SpaceX是可行的,美国宇航局与它签署了一份价值16亿美元的合同,计划在2016年前运送20顿货物到国际空间站(当时一共与两家企业签订了合同,另一家是轨道科学公司Orbital Sciences,是一家取代Rocketplane Kistler的老牌NASA承包商)。
2010年,在NASA位于佛罗里达州的卡纳维拉尔角基地,SpaceX发射了第一枚猎鹰九号火箭。不久之后,龙飞船的首发成功,SpaceX成为第一家可以将太空船送入近地轨道并成功回收的私人公司。
与国际空间站对接的龙飞船
SpaceX仍须证明它可以与太空站安全对接,并可以在远程遥控下安全飞行,这就好像是要把车停在几千英尺以外的世界上最昂贵的停车场一样。一个小小的事故,就有可能把它们都摧毁。在第一次试飞成功之后,他们向NASA建议把龙飞船的最后两个试验(靠近国际空间站并与之对接)结合起来以节省成本。
NASA的官员非常紧张。后来,飞行过程中的太空舱传感器的程序被重新编写了,以便飞行任务不会因为碰撞而中止,事实证明对接是成功的。 到目前为止,SpaceX已经成功完成了对国际空间站的三次补给任务,第四个任务舱目前仍停靠在空间站里。 NASA在SpaceX上的赌注成功了。
没有任何迹象表明,首都会增加对航天业的投入,这对SpaceX可能不是个好事情,但是对于那些高价位的竞争对手更是个噩耗。
未来驾驶舱内的触屏控制
很少有记者会问马斯克关于装有类似ipad一样的触屏控制面板和3D打印引擎的太空舱,他们更想知道SpaceX对空军的诉讼进展如何。美国空军在没有公开招标的情况下,与联合发射联盟(ULA))签署了一份价值110亿美元的合同。而马斯克给出一个很好的报价,他一直谴责ULA对于俄罗斯引擎的依赖程度。最终,法官命令空军和SpaceX进行庭外调解,SpaceX的管理层希望通过这场官司可以与空军签署一份采购合同。
2014年9月份,美国宇航局NASA宣布,签署了两份拟将宇航员送往太空站的合同,一份是与波音签署的42亿美元的合同,另一份是与SpaceX签署的价值26亿美元的合同。据NASA描述,这两个合同的任务是完全相同的,而价格差异惊人,官方未给出信服解释。波音公司的代表说,这反映了波音公司的可靠性,这也微妙的反映了他们对于SpaceX的看法—— 尽管“猎鹰9”已经发射了13次,并且没有一次失败,但NASA可能仍将其看成是一种不成熟的飞行器。根据泄露的文件,SpaceX其实比波音要提前完成各项计划,但是在公司适用性评估这一项上,波音公司略胜SpaceX 6%,这就是‘优秀’与‘非常好’之间的差别。
但是波音的成本要比SpaceX高出62%,很显然这家老牌公司面临着精简的压力。ULA就已经开始了一个激进的成本削减计划,并与由亚马逊的杰夫·贝佐斯(Jeff Bezos)成立的宇航公司Blue Origin进行合作,这家公司是马斯克在公开质疑的对象。国会拨款者,也开始质疑NASA同时支持两个商业宇航员项目以及他们自己的载人勘探猎户座飞船(Orion)的成本了。另一家竞标失败的公司,Sierra Nevada Corporation,公开质疑美国航空航天局的这些决定,尤其是对波音公司大幅增加成本方面的质疑。
在未来的四年里,SpaceX将有33次商业发射,原计划在2017年之前发射载人飞船,在与政府签订了数年租约后,公司会在得克萨斯州建立自己的太空港。目前,SpaceX已经成为火箭发射行业的一个强大竞争者。这也是对美国宇航局公私合作关系的验证,他们的重点在创造一个成功的企业,而非单单一个产品。
马斯克和他的投资者们的目标远不是只做一个火箭制造商,他们想做更具挑战的事业:构造一个高效的太空经济产业,在真空中大幅提高人类生产力,虽然我们现在还不知道这会带来什么。正如创始人基金(Founders Fund)的Nolan比喻的那样:“这就像是当初的互联网技术,在互联网刚诞生的时候,人们并不清楚什么样的业务会从高效交换信息的技术里诞生。”
如果成本降下来,投资者可以发射更多的卫星去近地轨道,人类的通信技术和成像技术就可以更强大。由于高额的发射成本,目前已运行的卫星并未得到及时升级,为了使它们的寿命尽量长些,卫星被定位在距离地球较远的位置,因为越靠近地球,卫星轨道衰减得越快,寿命越早结束。因此,这些卫星里的电子技术也相对过时。另外,较低成本的发射,可以使当前的地面飞行上升到大气层外,这会让本来需要一天时长的行程压缩为几个小时。如此以来,太空旅行甚至是小行星采矿也是一个有潜力的行业,但第一步就是需要低成本的发射。
那么,600万美元的发射,真的可以取代6,000万美元的发射吗?解决这个问题的方法关键在于对火箭的回收和重复利用。制造一个火箭的成本相当于制造一架波音737。据SpaceX公布的数字,一个火箭的制造成本是5400万美元,而燃料成本仅20万美元。从此,SpaceX开始将重心放在了“蚱蜢”火箭上,这是基于猎鹰九号火箭部件和梅林引擎打造出来的,使用了全新的垂直起飞、垂直降落(VTVL)概念。如今,SpaceX的卫星发射都使用装备了这种大型着陆脚的火箭,公司还试图让火箭在海洋中“降落”。尽管到目前为止,试验还没取得成功,不过公司内部人士表示,收集的数据显示已经越来越接近成功。
体系硬化和轻狂的双重风险
有些人担心SpaceX体系,会逐渐变得越来越不灵活,失去了它原本对大型军工承包商的优势。如今,员工总数过千的SpaceX,公司新聘请的员工并不是每一个都要经过马斯克的面试。不过公司的用人标准仍然保持很高:去年夏天,近400名员工在绩效评估后被解雇,还引发了诉讼案。在离开SpaceX时,Horkachuck担心的说公司现在越来越像那些它所蔑视的传统承包商。与此同时,NASA前内部风险投资家马蒂,也担心的指出SpaceX已经失去了对商业化的简单关注,他们在逐渐建立另一个商业载人项目的大型官僚机构。
(本文作者为Tim Fernholz,由刘秀云译自qz.com,发表时略有删节。原文连接为:https://qz.com/281619/what-it-took-for-elon-musks-spacex-to-disrupt-boeing-leapfrog-nasa-and-become-a-serious-space-company/)
责任编辑:田春玲 澎湃新闻,未经授权不得转载。新闻报料:4009-20-4009
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